鉆井取芯概念

    鉆井取芯指的是為了掌握地下地質(zhì)情況。直接獲得真實(shí)可靠的地下巖層的有關(guān)資料，在鉆井過程中用取芯工具從地下取出大塊巖樣(巖心)的作業(yè)。

常規(guī)取心

   對巖心無任何特殊要求的取心稱為常規(guī)取心。常規(guī)取芯是取芯作業(yè)中最大量、最常見的，無論是什么油氣藏，在勘探階段或開發(fā)階段都要進(jìn)行大量的常規(guī)取芯。

1、主要目的
①發(fā)現(xiàn)油氣層，了解含油氣情況與儲集特征，并確定油氣層巖性、物性、厚度、面積等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

②建立地層剖面，研究巖相及生、儲特征。

③了解巖性與電性關(guān)系。

2、常規(guī)取芯方式

①一般短筒取芯，是指取心鉆進(jìn)中途不接單根的常規(guī)取芯。它的工具只含有一節(jié)巖芯筒，結(jié)構(gòu)簡單。它在整個(gè)取芯作業(yè)中所占的比例最大，在任何地層條件下均可進(jìn)行。

②中、長筒取芯，是指鉆進(jìn)中途要接單根的取芯。它的工具必須含有多節(jié)巖心筒，通常只有當(dāng)?shù)貙訋r石的膠結(jié)性與可鉆性較好時(shí)，才進(jìn)行中、長筒取芯。中、長筒取的目的是在保證巖心收獲率較高的前提下，盡可能提高取芯的單筒進(jìn)尺，以大幅度提高取芯收獲率，降低取心成本。

3、特殊取心

    對巖心有一定特殊要求的鉆井取芯稱為特殊取芯。它多用在油田開發(fā)階段，通常有下列幾種方式：

1）油基鉆井液取心，是指在油基鉆井液條件下進(jìn)行的取芯。對儲量較大的砂泥巖油氣藏，在開發(fā)之前一般都要進(jìn)行這種取心，其目的是取得不受鉆井液自由水污染的巖心，以求獲得較為準(zhǔn)確的儲層原始含油飽和度資料，為合理制定油田開發(fā)方案提供依據(jù)。由于油基鉆井液不失水，性能穩(wěn)定，流動(dòng)性和潤滑性都很好，因而巖心不存在吸水膨脹或剝落的問題，也不易斷裂或磨損，取出的巖心規(guī)矩、完整、成柱性好、收獲率高。

2）密閉取芯，是指以注水方式開采的砂巖油田，在開發(fā)過程中為檢查油田注水開發(fā)效果，了解地下油層水洗情況及油水動(dòng)態(tài)，以制定合理的開發(fā)調(diào)整方案，采用密閉取心工具與密閉液，在水基鉆井液條件下取出幾乎不受鉆井液自由水污染的巖心。由于油基鉆井液取心成本高，在密閉取芯質(zhì)量指標(biāo)有保證的前提下，密閉取心可代替油基鉆井液取心。

3）海綿取心，是指內(nèi)巖心筒裝有特制海綿襯管的取芯。采用預(yù)飽和的海綿襯管，在水基鉆井液條件下，能取得含油飽和度相當(dāng)準(zhǔn)確的巖心。這是國外近年來發(fā)展起來的一種取心，工藝結(jié)構(gòu)不太復(fù)雜，但成本高，適用于中硬～硬地層。

4）保壓密閉取心，是指在砂巖油田的開發(fā)后期，為了準(zhǔn)確求得當(dāng)時(shí)井底條件下儲層流體飽和度、儲層壓力、相對濕度及儲層情況等資料，為了制定合理的開發(fā)調(diào)整方案，提高油田最終采收率，采用保壓密閉取心工具與密閉液，在水基鉆井液條件下，鉆取保持儲層流體完整性的巖心。也就是鉆取不受鉆井液自由水污染并保持當(dāng)時(shí)井底條件下儲層壓力的巖心。這種取心裝備與工藝比較復(fù)雜，成本高，適用于具有成巖性的軟、中硬及硬地層。

5）疏松砂巖保形取心，是指在疏松砂巖地層中保持巖心原始（出筒前）形狀的取芯。因?yàn)樵谑杷缮皫r地層，由于巖心強(qiáng)度低，不成柱，巖心出筒后就往往自成一堆散砂，巖心物性資料無法獲得。因此，保持巖心原有形狀，避免人為破壞，就成為保形取芯的技術(shù)關(guān)鍵。目前，多級雙瓣組合式巖心筒、橡皮筒、玻璃鋼內(nèi)筒以及復(fù)合材料襯筒，均可滿足保形取心的要求，但唯有多級雙瓣組合式巖心筒成本低，使用方便。

6）定向取心，是指在油氣藏的勘探開發(fā)過程中，為直觀了解儲層的構(gòu)造參數(shù)，全面掌握地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜性及其變化，制定出經(jīng)濟(jì)合理的勘探開發(fā)方案，采用定向取芯技術(shù)以取出能反映地層傾角、傾向、走向等構(gòu)造參數(shù)的巖心。定向取心只適用于巖心成柱性較好的地層。

取心工具

取心工具的組成

    取心工具由上穩(wěn)定器、分水接頭、堵孔鋼球、外返孔嘴、懸掛總成、內(nèi)巖心筒組、外巖心筒組、下穩(wěn)定器、組合內(nèi)筒鞋、巖心爪、取心鉆頭等部件組成。

   取芯鉆頭的主要功用是形成巖心，而取心工具的主要功用則是保護(hù)巖心和取出巖心。顯然沒有合適的取心工具就不可能高質(zhì)量地取好巖心。根據(jù)割心方式，目前國內(nèi)外的取心工具基本上可分為加壓式、自鎖式和砂卡式三類。    

    割芯時(shí)，下放鉆具，巖心爪靠鉆壓和內(nèi)筒下滑沖擊力收縮變形，包住、卡斷或扭斷巖心的取心工具稱為加壓式取芯工具。割心時(shí)上提鉆具，巖心抓靠自身的彈性力或它與巖心之間的摩擦力收縮變形，卡緊并拔斷巖心的取心工具稱為自鎖式取芯工具。

取心工具選擇

1、不同井深條件下取芯工具的選擇    

淺井選短筒，深井中長筒。

2、根據(jù)地層巖性選擇取心工具   

在松散、松軟地層中應(yīng)選用加壓式取心工具，而在中硬~硬地層以及巖心成柱性較好的軟地層中應(yīng)選用自鎖式取心工具。

目前，國內(nèi)外鉆井取心均廣泛使用金剛石取心鉆頭。

1）金剛石取心鉆頭使用效果好特別是胎體式金剛石取心鉆頭，能保證鉆頭出刃均勻。金剛石耐磨，胎體耐沖蝕，因而鉆進(jìn)平穩(wěn)，速度快，收獲率高，使用壽命長，綜合經(jīng)濟(jì)效益好。

2）金剛石取心鉆頭適用范圍廣。從極軟至極硬地層，均有與之相適應(yīng)的各種系列的金剛石取心鉆頭供選擇，完全能滿足各種條件下取心的需要。

3）胎體金剛石取芯鉆頭成型容易，加工簡便，成品率高。

取心前的準(zhǔn)備

井眼準(zhǔn)備

1）鉆進(jìn)一開始就要保持良好的井身質(zhì)量，防止井斜、狗腿、鍵槽、臺肩、縮徑等。

2）取心前的一個(gè)鉆頭要帶打撈杯，要修平井底。大排量循環(huán)清除井底沉砂，必要時(shí)進(jìn)行短起下鉆，保證井底干凈、平整、下鉆順利。

3）連續(xù)取心，每鉆進(jìn)20米要擴(kuò)眼一次。

設(shè)備、儀表、鉆具的準(zhǔn)備

1）取心之前應(yīng)把設(shè)備、儀表檢查保養(yǎng)好，保證取心期間不停鉆。

2）對鉆具進(jìn)行一次全面的檢查，保證取芯期間不刺、不漏、不脫扣。

3）對取心工具、配件、輔助工具、鉆頭要進(jìn)一步進(jìn)行檢查，避免因等工具配件而停工。

取心操作程序

1．取心工具組裝

1）在地面上把取心工具放平，每一節(jié)的連接螺紋都要用鏈鉗上緊，兩頭要帶好護(hù)絲。

2）檢查穩(wěn)定器外徑與鉆頭是否相符，丈量取心筒長度。

3）吊上鉆臺后，用吊卡下入井中，用卡瓦卡在上穩(wěn)定器下面，并用安全卡瓦卡好。

4）卸開安全接頭，提出內(nèi)筒，把裝有巖心爪的內(nèi)筒鞋接在內(nèi)筒上，用鏈鉗上緊。

5）下入內(nèi)筒，檢查安全接頭、軸承是否靈活，涂上絲扣油（不宜太多），對扣后用鏈鉗上緊，最后用大鉗緊扣。

6）把巖心筒提出井口，卸開下護(hù)絲，用專用尺子檢查縱向間隙，一般為8~13毫米。如果不合適，要通過加減墊片調(diào)節(jié)，然后將檢查好的取心鉆頭接上，每一節(jié)的連接螺紋都要用大鉗上緊。

2．下鉆

   縮徑的井段，應(yīng)緩慢下入，若遇阻應(yīng)先開泵循環(huán)，并用低鉆壓、低轉(zhuǎn)速、大排量進(jìn)行短井段、下鉆要求操作平穩(wěn)，不得猛放、猛頓、猛剎、猛轉(zhuǎn)，防止鉆具劇烈擺動(dòng)。在井、斜較大、短時(shí)間劃眼。禁止用取心鉆頭進(jìn)行大段（10米以上）劃眼或強(qiáng)行下鉆。

3．循環(huán)

    下鉆距井底0.5~1米時(shí)，循環(huán)鉆井液，并平穩(wěn)活動(dòng)和適當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具。校正指重表，探實(shí)際到底方入，上提鉆具卸開，投入鋼球，待泵壓上升后，做鉆頭壓力降試驗(yàn)。

4．造心

    先啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤，緩慢施加鉆壓，以低轉(zhuǎn)速、輕鉆壓試運(yùn)轉(zhuǎn)，待運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、鉆進(jìn)0.3~0.5米以后，逐漸調(diào)整到正常取心鉆進(jìn)參數(shù)。

5．鉆進(jìn)

 （1）鉆壓

     取心鉆進(jìn)時(shí)的鉆壓，應(yīng)根據(jù)巖石的硬度與可鉆性、鉆頭類型和鉆具結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度來決定。鉆壓必須大于地層的抗壓強(qiáng)度，否則，無進(jìn)尺。如果鉆壓太小，鉆頭的牙齒吃入地層少，雖然有進(jìn)尺，鉆速卻很慢，鉆頭磨損也很快；鉆壓愈大，鉆頭吃入地層愈深；鉆速愈高。

   目前所采用的金剛石鉆頭取心，切削作用主要取決干金剛石和所鉆地層的穩(wěn)定接觸程度，轉(zhuǎn)速不變，增加鉆壓，觀察鉆速的變化，如果鉆速不再增加或者增加相當(dāng)慢，或者扭矩增加很大，那么此時(shí)的鉆壓就是最優(yōu)鉆壓。如果已取得較滿意的鉆速，就該保持鉆壓不變，做到送鉆均勻。

（2）轉(zhuǎn)速

    從理論上講，在一定的限度下，如果鉆頭吃入地層的深度不變，轉(zhuǎn)速提高，鉆速也會增快，巖心入筒的時(shí)間隨之縮短，有利于提高巖心收獲率。但較高的轉(zhuǎn)速會使鉆頭發(fā)生擺動(dòng)，增大其橫向作用力和鉆柱的離心力，這對于保護(hù)巖心和鉆頭不利。實(shí)際上鉆頭在井底工作還受到很多其它因素的影響。所以，為了保護(hù)巖心，應(yīng)該使用低轉(zhuǎn)速，以減少巖心筒的離心力

（3）排量

    排量的大小以能夠滿足清潔井底和冷卻鉆頭為前提，進(jìn)行適當(dāng)選擇。排量過大，從鉆頭水眼出來的鉆井液沖擊力大，雖然不直接沖擊在全部巖心上，但對于松軟地層或不夠堅(jiān)硬的地層來說，也是給巖心根部的一種破壞力量。為了保護(hù)巖心，排量應(yīng)該小一些。

6．接單根

       進(jìn)行中、長筒取心過程中，要進(jìn)行接單根作業(yè)。自鎖式取心工具的接單根的方法，首先是停鉆、停泵，然后上提鉆具至巖心被割斷為止。如果上提拉力達(dá)到一定數(shù)值而巖心還割不斷，可保持在這個(gè)拉力下開泵循環(huán)，直至將巖心割斷。巖心割斷以后，保持鉆具不轉(zhuǎn)動(dòng)，平穩(wěn)地上提2~3米，然后慢慢下放至離井底0.3米處，觀察指重表的變化，確認(rèn)沒有巖心余留在井底，即可進(jìn)行接單根。接單根后，下入鉆具，施加比取心鉆壓大50％的鉆壓頂松巖心爪，上提鉆具恢復(fù)原懸重后，按剛開始取心的方法進(jìn)行鉆進(jìn)。

7．割心

 （1）正常情況下的割心

     在巖性均一、成柱性較好的中硬或硬地層取心時(shí)，可以根據(jù)內(nèi)巖心筒的長度來確定割芯的位置。在巖性不均一、軟硬交錯(cuò)變化復(fù)雜的地層中取心時(shí)，在內(nèi)巖心筒長度的范圍內(nèi)，盡量把割心位置選擇在比較硬的地層為好，不要勉強(qiáng)多打進(jìn)尺。割芯像接單根前割心一樣，割完巖心后要在不同高度分別上提鉆具，并以不同方向緩慢下放鉆具探心。如果井底余心較多，為了取全取準(zhǔn)資料，應(yīng)進(jìn)行“套心”。

（2）異常情況下的割心

    在取心鉆進(jìn)中，如果發(fā)現(xiàn)鉆頭泥包，鉆頭循環(huán)水道堵塞，以及因取芯工具異?；虻貙右蛩匾?ldquo;磨心”、“卡心”、“堵心”、“燒心”等異?，F(xiàn)象而不能排除時(shí)，必須立即割心。

8．起鉆

   起鉆操作要平穩(wěn)，要輕提、輕放、慢卸，防止鉆具猛烈擺動(dòng)，禁止用轉(zhuǎn)盤卸扣。

9．巖芯出筒

    無論在鉆臺還是在場地通心，都要嚴(yán)格注意巖心出筒順序，防止巖芯錯(cuò)位。操作方法是先卸開安全接頭，提出內(nèi)筒，沖洗干凈，用鏈鉗卸松內(nèi)筒鞋2～3扣，把內(nèi)筒拉至司鉆容易看見的地方，用繩子栓住內(nèi)筒，卸開內(nèi)筒鞋，裝上巖芯鉗，然后司鉆操作，一上一下，放出巖芯。

     如果是鋁合金和玻璃鋼管取心，卸開安全接頭后，上提0.2米，用卡盤卡住內(nèi)巖心筒，并坐于外筒上，用鏈鉗卸開安全接頭，用提升護(hù)絲將內(nèi)筒和巖心吊下鉆臺，平放于場地上，用水沖洗干凈，按地質(zhì)要求，用電鋸分段切開，并用巖心帽封好，用卡箍卡好。